本书是笔者根据大量的煤层气资料和近期的研究成果撰写而成的，旨在系统阐述反映适合我国低渗透储层特性的煤层气开采与注气增产流固耦合理论及其应用，为我国低渗透煤层气稳产、增产和实现合理布井及有效预测产能提供理论基础，以推动我国煤层气早日产业化，同时为处理二氧化碳提供新途径。

本书根据国内外大量煤层气生产和科研资料，结合作者近期的科研成果撰写而成。书中系统地阐述了低渗透煤层气开采与注气增产流固耦合理论及应用。全书共分七章。第一章主要介绍了低渗透煤层气开采和增产理论的研究背景、煤层气开采理论和储层模拟技术以及注气开采煤层气增产技术的国内外研究现状；第二、三章叙述了低渗透煤层气流固耦合渗流基本概念及基本力学定律，以及煤层气的储层特征和储集、运移及产出机理；第四章至第六章详细地阐述了低渗透煤层气开采与注气增产流固耦合理论、储层数值模拟技术及其应用；第七章主要对流固耦合作用下的低渗透煤层气开采与注气增产的数值模拟规律进行了总结。

本书可供从事煤层气开发的工程技术人员和科研人员以及高等院校师生参考。

前言

第一章 绪论

 1-1 低渗透煤层气开采和增产理论研究背景、目的和意义

 1-2 煤层气开采理论和储层数值模拟技术的国内外研究现状

 1-3 注气开采煤层气增产技术的国内外研究现状

第二章 低渗透煤层气流固耦合渗流的基本概念及力学定律

 2-1 引言

 2-2 多孔介质

2-2-1 储容性

2-2-2 渗透性

2-2-3 比表面积

2-2-4 孔隙结构

 2-3 连续介质场

2-3-1 连续流体

2-3-2 连续多孔介质

 2-4 流体的力学性质

2-4-1 流体的重量及重力势能

2-4-2 流体的质量和惯性力

2-4-3 流体的黏度和黏滞力

2-4-4 流体的可压缩性

 2-5 多孔介质力学性质

2-5-1 多孔介质的压缩性

2-5-2 有效应力原理

2-5-3 煤岩应力应变全程曲线

2-5-4 煤岩变形破坏机制与强度准则

 2-6 流固耦合渗流运动学基本概念

2-6-1 渗流速度

2-6-2 描述流体运动的拉格朗日法和欧拉法

2-6-3 物理量的质点导数和局部导数

 2-7 线性达西渗流规律

2-7-1 达西定律

2-7-2 达西定律的适用范围

 2-8 低渗透煤层中的渗流规律

2-8-1 低渗透煤层非达西渗流规律

2-8-2 低渗透气体渗流的滑脱效应

 2-9 多相渗流基本知识

2-9-1 流体饱和度

2-9-2 界面张力和湿润性

2-9-3 毛管力

2-9-4 相渗透率和相对渗透率

2-9-5 低渗透煤层气藏两相流非达西渗流定律

 2-10 小结

第三章 煤层气的储层特征和储集、运移和产出机理

 3-1 引言

 3-2 煤层气的储层特征

3-2-1 煤的孔隙类型

3-2-2 煤的孔隙系统

3-2-3 煤层的渗透性

3-2-4 煤的内表面积

 3-3 煤层气储集机理

3-3-1 溶解态储集机理

3-3-2 游离态储集机理

3-3-3 吸附气储集机理

 3-4 煤层气运移和产出机理

3-4-1 煤层气的解吸机理

3-4-2 煤层气的扩散机理

3-4-3 煤层气的渗流机理

 3-5 小结

第四章 低渗透煤层气、水两相流流固耦合模型及数值解法

 4-1 引言

 4-2 基本假设

 4-3 煤储层双重介质结构

 4-4 低渗透双重介质煤层气、水两相流流固耦合模型的建立

4-4-1 煤层甲烷解吸、扩散和渗流过程的气、水两相流流场控制方程

4-4-2 辅助方程和状态方程

4-4-3 煤岩体变形场控制方程

4-4-4 流场与变形场的耦合媒介

4-4-5 流场与变形场的定解条件

 4-5 低渗透双重介质煤层气、水两相流流固耦合模型的数值角军法

4-5-1 割理裂隙系统渗流场的有限差分数值解法

4-5-2 基质系统扩散项的有限差分数值解法

4-5-3 变形场有限元数值解法

 4-6 三维双重介质煤层气藏流固耦合模型数值模拟程序设计

4-6-1 双重介质的空间离散化网格处理

4-6-2 程序设计结构和框图

 4-7 小结

第五章 低渗透双重介质煤层气藏流固耦合理论的应用

 5-1 引言

 5-2 新集矿区地质概况

 5-3 新集矿区储层基本特征

 5-4 煤层气试验井气水产量曲线

 5-5 试验区煤储层模拟

5-5-1 模拟区域和网格划分及主要参数

5-5-2 SX-02井和SX-03试井气、水产能预测

5-5-3 单井开采耦合与非耦合储层压力、饱和度、浓度和产能变化规律

5-5-4 两井联合开采耦合与非耦合储层压力等量变化规律及井间干扰

5-5-5 耦合与非耦合引起储层压力等量变化规律差异的机理分析

5-5-6 井群开采布井间距对产能等量的影响

5-5-7 扩散系数和渗透率对产能的影响

5-5-8 启动压力和滑脱效应对产能的影响

 5-6 小结

第六章 注气开采煤层气增产机理的数值模拟及其应用

 6-1 引言

 6-2 二氧化碳和煤层甲烷的置换驱替实验

6-2-1 样品制备

6-2-2 测量仪器

6-2-3 实验的主要结果

 6-3 注气开采煤层气多组分流体流固耦合模型的建立

6-3-1 基本假设和气体混合物浓度速度流动物理量的定义

6-3-2 基质系统多组分气体的扩散控制方程

6-3-3 割理裂隙系统多组分气、水两相流流固耦合模型控制方程

6-3-4 辅助方程

6-3-5 定解条件

 6-4 五井布置注气增产机理及规律的数值模拟

6-4-1 模拟范围和布井方式及参数的确定

6-4-2 储层压力和水饱和度变化规律

6-4-3 基质孔隙系统煤层甲烷浓度变化规律

6-4-4 基质孔隙系统煤层CO2浓度和裂隙系统CO2饱和度变化规律

6-4-5 注气前后产能的变化规律

6-4-6 注气开采煤层气和石油增产机理的主要差异

 6-5 小结

第七章 结论

参考文献